地应力状态表征与相互转换问题研究

在地应力测量和应用中,常出现地应力相关概念的混淆和计算方法的不科学.通常用三种形式来表征地应力状态,分别是6个独立应力分量的表述形式:3个主应力的表述形式、最大(小)水平应力、垂直应力的表述形式.在工程实践中,往往需要进行地应力表述形式之间的相互转换,6个独立应力分量和3个主应力的表述形式是完整表述,其两者之间可以相互转换,且两者都可以转换为最大(小)水平应力、垂直应力的表述形式.最大(小)水平应力、垂直应力的表述形式是不完整表述形式,不能将其转换为6个独立应力分量和3个主应力的表述形式.掌握地应力的表述形式和相互转换方法,把握地应力在应用中需要注意的问题,对地应力测量和应用工作非常重要.

双轴应变调控下单层双面神结构MoSSe拉曼光谱的理论研究

单层双面神结构过渡金属硫化物具有低维度、高迁移率以及奇特的电子结构性质,因此其在电子学和光电子学器件方面具有潜在的应用前景。由单层双面神结构过渡金属硫化物和基底材料制成的器件,很容易因基底材料和单层双面神结构过渡金属硫化物的晶格失配,导致单层双面神结构过渡金属硫化物受基底材料的应力,因此通过拉曼散射系统研究双轴应变对单层双面神结构MoSSe物性的影响具有重要意义。系统研究了双轴调控下单层双面神结构MoSSe的原子结构、电子结构、声子结构和拉曼散射特性。结果表明,在双轴应变调控下,单层双面神结构MoSSe的电子能带带隙出现了直接与间接的转换;随着压应变的减小和拉应变的增加,3个拉曼特征峰(E^(1)、E^(2)、A_(1)^(1))的频率都发生了单调红移,而A_(1)^(2)的拉曼特征峰在压应变减小的过程中出现了反常的蓝移;随着压应变的减小和拉应变的增加,双重简并模式(E^(1)、E^(2))的拉曼强度单调增加,单重简并模式的拉曼强度单调减小,而A_(1)^(1)的拉曼强度先减小再增加。针对这些具有普遍性和特殊性的应变效应,通过建模进行了研究。结果表明,基于特征峰频率和强度随应变的变化差异,可以通过特征峰之间的频率差和强度比,快速定量化双面神结构材料的应变类型和大小。

拉应力对45钢磁滞与磁致伸缩曲线的影响规律

针对弱磁致伸缩特性(峰值应变约十几微应变)的碳钢材料,集成微型拉伸装置、高精度电阻应变仪、交流磁化器和磁测量模块,构建单轴拉伸状态下材料磁滞和磁致伸缩曲线的同步测量系统,实验测试拉应力对45号钢材料磁滞与磁致伸缩曲线的影响规律。结果表明:随拉应力增加,特征参量矫顽力(Hc)、磁致伸缩最大值(λMAX)呈指数下降趋势,饱和磁感应强度(Bs)近乎线性降低;磁参量剩余磁感应强度(Br)、最大磁导率(μmax)和磁致伸缩曲线下极值位置(Hcλ)均呈现先快速增长后缓慢下降的两阶段变化规律,与应力的关系均服从三次多项式方程。标定得到的上述特征参量与应力的关系方程,可用于应力无损表征,从表征能力和测试系统的工程应用性角度对比讨论基于磁滞与磁致伸缩曲线的应力检测方法的特点。

连续球压痕法表征幂硬化金属材料拉伸性能的有限元模拟

应用ABAQUS软件,采用二维和三维建模方法对典型幂硬化金属材料6061铝合金的连续球压痕试验进行了模拟,得到了压痕载荷-深度曲线,并进行了压痕试验验证;基于压痕载荷-深度曲线计算得到不同方法下的拉伸性能参数,并与单轴拉伸试验结果进行对比,分析了试样厚度、相邻球压头距离等压痕试验参数对拉伸性能计算结果的影响。结果表明:采用三维建模方法得到的压痕载荷-深度曲线与球压痕试验得到的更吻合;由三维建模方法得到的表征应力、表征应变数据与拉伸试验得到的应力-应变曲线更吻合,抗拉强度和屈服强度计算值与试验值的相对误差均不超过1%,说明该方法能够准确地表征试验合金的拉伸性能;影响拉伸性能的临界试样厚度和临界相邻和压头距离均为压头半径的4倍。

裂隙岩体三维柔度张量的数值试验方法

在裂隙岩体二维柔度张量数值试验的基础上,建立了裂隙岩体三维柔度张量及其表征单元体积(REV)尺度研究的简化数值试验方法。首先根据岩体裂隙的统计参数及分布规律,运用蒙特卡罗方法在研究域内获得与实际岩体裂隙同分布的三维随机裂隙网络,提取位于不同方位的岩体试件,运用二维柔度张量的数值试验方法求出各个平面方向上的二维柔度张量,然后根据二维与三维柔度张量的拓扑关系,用数学方法求解裂隙岩体的三维柔度张量。对于含3组正交全贯通裂隙的岩体,通过数值试验获得的柔度张量与理论解相比,其主对角线上各参数的误差在5%以内,表明该数值试验方法较为可靠。最后将此方法运用到小湾水电站工程中,确定左岸坝区裂隙岩体的应力REV为11 m×11 m×11 m,并获得该区域裂隙岩体的三维柔度张量。

获取材料本构关系和硬度的压入法研究

依据锥形压入试验和弹塑性接触有限元分析,提出基于能量原理预测金属材料本构关系的CR-EMI方法。通过该方法揭示锥形压入能量比与表征应力之间存在线性律,提出通过压入曲线(P-h曲线)获取材料本构关系的关系式,根据Hollomon本构关系模型预测硬度的H-EMI方法。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。

平整加工对高强钢抗畸变能力的影响及优化

为解决高强带钢在生产加工过程中产生的板形缺陷和畸变,本文采用裂纹柔度法测量单下辊传动平整加工前后620JJ带钢内部残余应力,并依据残余应力在厚度或板宽方向分布不均将导致带钢发生畸变,定义带钢应力不平衡度为畸变评价指标,分析了平整工艺对带钢内部残余应力分布和畸变的影响,并利用ABAQUS有限元模拟探究了工艺优化方案。结果表明:裂纹柔度法能够准确表征带钢内部残余应力;应力不平衡度可以直观地表征带钢产生畸变的可能性;平整加工对带钢的主要影响是应力的均衡化和降低整体残余应力水平,平整前后各测点弹性应变能极值与平均值差值从169.25 MPa·mm降至141.86 MPa·mm,带钢内部残余应力的最大值由463.26 MPa降至363.6 MPa;将平整工艺改为双辊传动、增加摩擦力、增加张力、增加轧制力等方式均可有效改善应力不平衡度。

有机硅胶受力特性的太赫兹时域光谱表征方法

为探究有机硅胶黏结剂的受力特性,提出了一种基于太赫兹时域光谱特征进行无损表征的方法,利用太赫兹时域透射光谱对有机硅胶胶膜的应力光学系数进行表征,分别以胶膜折射率及时域光谱相位延迟作为参量开展了实验研究,两种方法获得的应力光学系数均为0.18 MPa^(-1)。利用反射式太赫兹时域光谱系统对不同受力状态下的有机硅胶胶膜进行实验研究,分别给出了胶膜厚度为2 mm和3 mm条件下太赫兹时域光谱延迟时间差与拉应力的变化关系,实验结果与理论规律相一致。研究结果表明,太赫兹时域光谱可有效地对有机硅胶等粘接材料的受力特性进行定量化表征,从而为胶接结构在受力状态下的粘接强度的评估提供一种新的方式。

基于锥形压入的材料力学性能测试方法研究

通过压入测试以获取工程服役结构、小型构件和焊接结构焊缝过渡区的材料单轴本构关系参数,且根据材料本构关系参数来估算材料的压入硬度对于工程设计和安全评估有重要意义。对于幂律材料,本文依据锥形压入试验原理和弹塑性接触有限元分析(EPFEA),揭示了不同锥角的锥形压头其压入能量比与屈服应力之间存在线性关系,提出了基于能量原理预测金属材料本构关系部分关键参数(弹性模量、屈服应力和硬化指数)的CR-EMI(Constitutive Rela-tionship based on Energy Method of Indentation)方法。同时,基于此种线性关系提出了由Hollomon本构关系模型参数预测硬度的H-EMI(Hardness based on Energy Method of Indentation)方法。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。